Das von Japan geführte Observatorium XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission) hat einen ersten Blick auf die beispiellosen Daten veröffentlicht, die es sammeln wird, wenn der wissenschaftliche Betrieb später in diesem Jahr beginnt.
Das Wissenschaftsteam des Satelliten veröffentlichte einen Schnappschuss eines Clusters aus Hunderten von Galaxien und eines Spektrums stellarer Trümmer in einer benachbarten Galaxie, der Wissenschaftlern einen detaillierten Einblick in die chemische Zusammensetzung des Satelliten gibt.
„XRISM wird der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft einen neuen Einblick in den verborgenen Röntgenhimmel ermöglichen“, sagte Richard Kelley, der US-amerikanische Hauptforscher für XRISM am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Wir werden nicht nur Röntgenbilder dieser Quellen sehen, sondern auch ihre Zusammensetzung, Bewegung und physikalischen Zustände untersuchen.“
XRISM (ausgesprochen „crism“) wird von JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) in Zusammenarbeit mit der NASA geleitet, zusammen mit Beiträgen der ESA (Europäische Weltraumorganisation). Der Start erfolgte am 6. September 2023.
Es soll Röntgenstrahlen mit Energien von bis zu 12.000 Elektronenvolt aufspüren und die heißesten Regionen, größten Strukturen und Objekte mit der stärksten Schwerkraft im Universum untersuchen. Zum Vergleich: Die Energie des sichtbaren Lichts beträgt 2 bis 3 Elektronenvolt.
Die Mission verfügt über zwei Instrumente, Resolve und Xtend, die jeweils im Mittelpunkt einer in Goddard entworfenen und gebauten Röntgenspiegelbaugruppe stehen.
Resolve ist ein Mikrokalorimeter-Spektrometer, das von der NASA und der JAXA entwickelt wurde. Es arbeitet bei nur einem Bruchteil eines Grads über dem absoluten Nullpunkt in einem kühlschrankgroßen Behälter mit flüssigem Helium.
Wenn ein Röntgenstrahl auf den 6 x 6 Pixel großen Detektor von Resolve trifft, erwärmt er das Gerät um einen Betrag, der seiner Energie entspricht. Durch die Messung der Energie jedes Röntgenstrahls liefert das Instrument bisher nicht verfügbare Informationen über die Quelle.
Das Missionsteam nutzte Resolve, um N132D zu untersuchen, einen Supernova-Überrest und eine der hellsten Röntgenquellen in der Großen Magellanschen Wolke, einer rund 160.000 Lichtjahre entfernten Zwerggalaxie im südlichen Sternbild Dorado. Das expandierende Wrack ist schätzungsweise etwa 3.000 Jahre alt und entstand, als einem Stern mit etwa der 15-fachen Sonnenmasse der Treibstoff ausging, er kollabierte und explodierte.
Das Resolve-Spektrum zeigt Peaks im Zusammenhang mit Silizium, Schwefel, Kalzium, Argon und Eisen. Dies ist das detaillierteste Röntgenspektrum des Objekts, das jemals aufgenommen wurde, und zeigt die unglaubliche Wissenschaft, die die Mission leisten wird, wenn später im Jahr 2024 der reguläre Betrieb aufgenommen wird.
„Diese Elemente wurden im ursprünglichen Stern geschmiedet und dann weggesprengt, als er als Supernova explodierte“, sagte Brian Williams, XRISM-Projektwissenschaftler der NASA in Goddard.
„Resolve wird es uns ermöglichen, die Formen dieser Linien auf eine noch nie dagewesene Weise zu sehen und nicht nur die Häufigkeit der verschiedenen vorhandenen Elemente, sondern auch ihre Temperaturen, Dichten und Bewegungsrichtungen mit beispielloser Präzision zu bestimmen. Von dort können wir Informationen über den ursprünglichen Stern und die Explosion zusammentragen.“
Das zweite Instrument von XRISM, Xtend, ist ein von JAXA entwickelter Röntgenbildgeber. Es verleiht XRISM ein großes Sichtfeld und ermöglicht die Beobachtung eines Bereichs, der etwa 60 % größer ist als die durchschnittliche scheinbare Größe des Vollmonds.
Xtend hat ein Röntgenbild von Abell 2319 aufgenommen, einem reichen Galaxienhaufen etwa 770 Millionen Lichtjahre entfernt im nördlichen Sternbild Schwan. Es ist der fünfthellste Röntgensternhaufen am Himmel und erlebt derzeit eine große Verschmelzung.
Der Cluster hat einen Durchmesser von 3 Millionen Lichtjahren und unterstreicht das weite Sichtfeld von Xtend.
„Bereits vor dem Ende des Inbetriebnahmeprozesses übertrifft Resolve unsere Erwartungen“, sagte Lillian Reichenthal, XRISM-Projektmanagerin der NASA bei Goddard. „Unser Ziel war es, mit dem Instrument eine spektrale Auflösung von 7 Elektronenvolt zu erreichen, aber jetzt, wo es im Orbit ist, erreichen wir 5. Das bedeutet, dass wir mit jedem Spektrum, das XRISM erfasst, noch detailliertere chemische Karten erhalten werden.“
Trotz eines Problems mit der Aperturtür, die den Detektor abdeckt, leistet Resolve außergewöhnliche Leistungen und führt bereits spannende wissenschaftliche Untersuchungen durch. Die Tür, die den Detektor vor dem Start schützen sollte, öffnete sich nach mehreren Versuchen nicht wie geplant. Die Tür blockiert Röntgenstrahlen niedrigerer Energie und unterbricht die Mission effektiv bei 1.700 Elektronenvolt im Vergleich zu den geplanten 300.
Das XRISM-Team wird die Anomalie weiter erforschen und verschiedene Ansätze zum Öffnen der Tür untersuchen. Das Xtend-Instrument ist davon nicht betroffen.